FOXO3a的調(diào)控機(jī)制與功能及其在臨床中的應(yīng)用*

陳磊， 邱麗君， 王新超， 龐華△

天津市第四中心醫(yī)院 1檢驗(yàn)科， 2腫瘤血液科(天津 300140)

人類叉頭框O(forkhead box O，F(xiàn)OXO)蛋白具有一個(gè)高度保守的110個(gè)氨基酸的叉頭框或翼螺旋的DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域，該結(jié)構(gòu)域由3個(gè)α螺旋、3個(gè)β折疊及2個(gè)翼狀結(jié)構(gòu)組成[1]。分類上從FOXA到FOXR的FOXO蛋白由超過100個(gè)成員組成，其中FOXO亞家族4個(gè)主要成員分別是FOXO1、FOXO3a、FOXO4和FOXO6。這些成員都與細(xì)胞存活，增殖和DNA損傷修復(fù)相關(guān)。而在FOXO亞家族當(dāng)中研究最多的為FOXO3a。具有抑制細(xì)胞周期進(jìn)程，促進(jìn)細(xì)胞死亡功能的FOXO3a被認(rèn)為有可能是抑制癌細(xì)胞發(fā)展的一個(gè)重要靶點(diǎn)。然而，最近研究發(fā)現(xiàn)FOXO3a還具有與應(yīng)激反應(yīng)和壽命相關(guān)的其他功能[2]。本文對FOXO3a的調(diào)控機(jī)制與功能，以及在臨床應(yīng)用中的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 FOXO3a的調(diào)控機(jī)制

1.1 磷酸化 FOXO3a通過如磷酸化(phosphorylation)、乙酰化(acetylation)和泛素化(ubiquitination)的翻譯后修飾，調(diào)控FOXO蛋白轉(zhuǎn)錄活性。蛋白激酶B(protein kinase B，PKB，又稱Akt)是直接磷酸化FOXO3a蛋白的重要激酶。FOXO3a的Thr32，Ser253和Ser315殘基能夠被Akt磷酸化，特別是Ser253的磷酸化是調(diào)節(jié)FOXO3a胞核/胞質(zhì)穿梭的關(guān)鍵殘基。通過Akt磷酸化促進(jìn)了FOXO3a與14-3-3核輸出蛋白結(jié)合，進(jìn)一步通過隱蔽胞核定位信號阻止FOXO3a再次入核[3-4]。此外，酪蛋白激酶2(casein kinase 2，CK2)、血清和糖皮質(zhì)激素調(diào)節(jié)激酶(serum and glucocorticoid regulated kinase，SGK)、c-Jun氨基端激酶(janus N-terminal kinase，JNK)、促分裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinases，MAPKs)、雙特異性酪氨酸-磷酸化和調(diào)節(jié)激酶1B(dual specificity tyrosine-phosphorylated and regulated kinase 1B，DYRK1B)、IκB激酶(IkappaB kinase，IKK)和腺苷酸活化蛋白激酶(AMP activated protein kinase，AMPK)也是已知通過磷酸化不同殘基位點(diǎn)調(diào)節(jié)FOXO3a和其他家族成員的蛋白[5]。

1.2 泛素化降解 FOXO3a的降解對于其功能調(diào)控也是非常重要的?；罨腁kt磷酸化FOXO3a促進(jìn)其與泛素連接酶E3結(jié)合，隨后FOXO3a多聚泛素化促進(jìn)其通過蛋白酶體方式降解。因此，F(xiàn)OXO3a細(xì)胞質(zhì)中的定位不僅使其功能失活，而且對于FOXO3a降解也是非常重要的。此外，鼠雙微體基因2(murine double minute 2，MDM2)，IKK磷酸化的FOXO3a也導(dǎo)致其泛素化降解。Hu等[6]研究發(fā)現(xiàn)人端粒酶逆轉(zhuǎn)錄酶(human telomerase reverse transcriptase，hTERT)/MDM2復(fù)合物通過增強(qiáng)FOXO3a泛素化降解促進(jìn)胃癌細(xì)胞侵襲。

1.3 乙?；?去乙酰化和microRNA 在FOXO3a功能調(diào)節(jié)方面乙?；舶l(fā)揮著重要作用。氧化應(yīng)激(oxidative stress)引發(fā)FOXO3a乙?；?去乙?；⑶矣绊懙紽OXO3a在細(xì)胞中的定位。盡管乙?；?去乙?；瘷C(jī)制仍然有待進(jìn)一步研究，但是像蛋白乙?；窩REB結(jié)合蛋白(CREB binding protein，CBP)，p300和去乙?；赋聊畔⒄{(diào)節(jié)因子(silence information regulator, SIRT)都是已知能夠調(diào)節(jié)FOXO3a功能的蛋白[7-8]。最近研究表明，F(xiàn)OXO家族也受微小RNA(microRNA)調(diào)控。mir155、mir96被認(rèn)為能夠直接調(diào)控FOXO3a[9-10]；而mir194、mir21 則通過其上游目的蛋白磷脂酰肌醇-3-激酶(phosphatidyl inositol 3 kinase，PI3K)/Akt/10號染色體缺失的磷酸酶張力蛋白同源物基因(phosphatase and tensin homology deleted on chromosome Ten, PTEN)實(shí)現(xiàn)對FOXO3a的調(diào)控[11-12]。

2 FOXO3a 的功能

2.1 抑制細(xì)胞增殖和促進(jìn)凋亡 抑制細(xì)胞周期和促進(jìn)細(xì)胞凋亡是由FOXO轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控的兩個(gè)最為顯著的細(xì)胞過程。FOXO3a的活化能夠增加具有抑制細(xì)胞周期G1期向S期過渡的細(xì)胞周期抑制蛋白p21和p27表達(dá)[5]。Qazi等[13]研究發(fā)現(xiàn)小分子喹唑啉衍生物通過抑制PI3K/Akt/ FOXO3a信號通路抑制結(jié)腸癌細(xì)胞增殖。Lin等[14]發(fā)現(xiàn)黃酮(flavone)、芹菜素(apigenin)、木犀草素(luteolin)通過抑制PI3K/Akt和增加FOXO3a活化誘導(dǎo)乳腺癌細(xì)胞周期阻滯和細(xì)胞凋亡；進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，受FOXO3a直接轉(zhuǎn)錄調(diào)控的細(xì)胞周期抑制蛋白p21和p27表達(dá)增加。同樣，F(xiàn)OXO3a也能夠增加如淋巴細(xì)胞瘤-2相互作用的細(xì)胞凋亡調(diào)節(jié)因子(bcl-2 interacting mediator of cell death，Bim)、腫瘤壞死因子相關(guān)凋亡誘導(dǎo)配體(tumor necerosis factor-related apoptosis-inducing ligand，TRAIL)、p53上調(diào)凋亡調(diào)控因子(p53 up-regulated modulator of apoptosis，PUMA)和脂肪酸合成酶配體(fatty acid synthase ligand，F(xiàn)asL)這些具有促進(jìn)細(xì)胞凋亡功能的靶基因表達(dá)。Wang等[15]研究發(fā)現(xiàn)在乳腺癌和肝癌細(xì)胞中蒽醌類化合物大黃酸(Rhein)通過FOXO3a介導(dǎo)上調(diào)Bim表達(dá)促進(jìn)癌細(xì)胞凋亡。

2.2 抵御氧化應(yīng)激能力 當(dāng)暴露于不利環(huán)境條件下，F(xiàn)OXO3a也具有抗氧化應(yīng)激參與保護(hù)細(xì)胞的能力。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)活性氧(reactive oxygen species，ROS)與FOXO3a活化及保護(hù)細(xì)胞免受應(yīng)激誘導(dǎo)環(huán)境相關(guān)[16]。ROS失調(diào)能夠誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡并與各種疾病和衰老相關(guān)。在氧化應(yīng)激條件下SIRT1能夠下調(diào)ROS水平并促進(jìn)細(xì)胞存活。有趣的是，F(xiàn)OXO3a和其他FOXO家族成員通過增加超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)并且以SIRT1依賴方式保護(hù)細(xì)胞免受氧化應(yīng)激。研究發(fā)現(xiàn)[17]，在應(yīng)對氧化應(yīng)激過程中，SIRT1和FOXO3a在細(xì)胞中形成復(fù)合物并且SIRT1增強(qiáng)了FOXO3a誘導(dǎo)細(xì)胞周期阻滯和抵抗氧化脅迫的能力。這些研究結(jié)果表明，在應(yīng)對ROS過程中SIRT1對FOXO3a去乙?；墙舛居泻Ψ磻?yīng)性分子的一個(gè)重要自我防御機(jī)制，進(jìn)一步表明通過啟動FOXO依賴可避免細(xì)胞凋亡和應(yīng)激抵抗，SIRT1與保護(hù)細(xì)胞免于應(yīng)激誘導(dǎo)環(huán)境相關(guān)。其中，過氧化氫酶(catalase，CAT)和錳超氧化物歧化酶(manganese superoxide dismutase，MnSOD)是由FOXO3a直接調(diào)控。因此，通過FOXO3a活化促使CAT和MnSOD水平增加可以有效地管理ROS，這對于減少ROS引起的應(yīng)激誘導(dǎo)是非常有利的。有趣的是，先前研究發(fā)現(xiàn)了一個(gè)能夠保護(hù)細(xì)胞免受氧化應(yīng)激的潛在FOXO活化因子，一種在紅葡萄酒中含量豐富且具有很強(qiáng)抗氧化活性的黃酮類化合物—白藜蘆醇(Resveratrol)，是已知具有上調(diào)FOXO家族并阻斷caspase 3、8和9活化，保護(hù)感光細(xì)胞免受氧化應(yīng)激的化合物[18]。因此，當(dāng)細(xì)胞暴露于應(yīng)激誘導(dǎo)環(huán)境中時(shí)，F(xiàn)OXO3a通過利用SOD，CAT等保護(hù)細(xì)胞，這一過程對于細(xì)胞是非常有利的。

2.3 延長壽命 在功能上最有趣的發(fā)現(xiàn)便是FOXO3a基因與長壽相關(guān)。由于其與長壽之間的相關(guān)性，F(xiàn)OXO3a被認(rèn)為是長壽方面研究理想的候選基因。Soerensen等[19]通過對1 088名年齡在92～93歲丹麥人進(jìn)行統(tǒng)計(jì)研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)OXO3a基因的15個(gè)單核苷酸多態(tài)性(single nucleotide polymorphisms，SNPs)在統(tǒng)計(jì)學(xué)上與壽命和4個(gè)不同年齡表型存在顯著相關(guān)性，F(xiàn)OXO3a突變體不僅在90歲人群中很常見，而且在100歲人群中更為普遍，強(qiáng)調(diào)了遺傳對于衰老的重要性。此外， Bao等[20]在對rs2802292、rs2764264、rs13217795、rs1935949、rs2802288、rs2153960及rs7762395和rs13220810這八個(gè)與長壽相關(guān)的FOXO3a基因SNP位點(diǎn)研究發(fā)現(xiàn)，在性別方面，rs2802292，rs2764264和rs13217795 位點(diǎn)與男性長壽人群有顯著相關(guān)性，而rs2802292，rs2764264和rs1935949與女性長壽人群沒有關(guān)聯(lián)性。Sun等[21]對生活在中國南方紅河流域人群研究發(fā)現(xiàn)，rs2802288*A和rs2802292*G位點(diǎn)與當(dāng)?shù)亻L壽人群顯著相關(guān)，并且與歐洲人群相比，rs2802292*G對于亞洲長壽人群作用更加明顯。

3 FOXO3a在臨床中的應(yīng)用

包括白血病、膠質(zhì)母細(xì)胞瘤、前列腺癌和乳腺癌等類型腫瘤中FOXO3a是失調(diào)的，因此，F(xiàn)OXO3a作為靶點(diǎn)應(yīng)用于多種類型腫瘤治療中。Consolaro等[22]研究發(fā)現(xiàn)廣泛用于B細(xì)胞急性淋巴細(xì)胞白血病 (B acute lymphoblastic leukemia，B-ALL)治療的地塞米松(dexamethasone)通過Ser-7位點(diǎn)磷酸化和Lys-242/5乙?；罨疐OXO3a誘導(dǎo)白血病細(xì)胞增殖抑制和細(xì)胞凋亡。Zhou等[23]發(fā)現(xiàn)桔梗皂苷D(Platycodin D)通過增強(qiáng)FOXO3a表達(dá)誘導(dǎo)前列腺癌的生長抑制。此外，在人類腫瘤中通過Akt， IKK和細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(extracellular regulated protein kinases，ERK)調(diào)控，達(dá)到靶向FOXO3a的方法正在應(yīng)用中。研究表明[24]，在乳腺癌治療中使用的化療藥物紫杉醇(paclitaxel)和KP372-1(一種多激酶抑制劑)的作用機(jī)制是通過抑制Akt活性，活化FOXO3a實(shí)現(xiàn)的。Tarrado-Castellarnau等[25]發(fā)現(xiàn)甲基硒酸(methylseleninic acid)通過抑制Akt活性促進(jìn)FOXO3a核易位對非小細(xì)胞肺癌細(xì)胞起到抑制作用。在結(jié)腸癌細(xì)胞中，表油菜素內(nèi)酯(epibrassinolide)抑制PI3K/Akt通路活性激活FOXO3a誘導(dǎo)線粒體介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡[26]。近年來研究進(jìn)一步表明靶向FOXO3a方法可能有助于其他類型人類疾病的治療。Yang等[27]研究發(fā)現(xiàn)，與癌旁組織相比，原發(fā)性胃腺癌癌組織中FOXO3a的 mRNA和蛋白表達(dá)水平明顯降低。低水平FOXO3a表達(dá)與腫瘤大小、浸潤深度、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移、遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移和美國癌癥聯(lián)合會(American Joint Committee on Cancer，AJCC)分期顯著相關(guān)，并且FOXO3a基因的低表達(dá)與胃癌患者不良預(yù)后相關(guān)，F(xiàn)OXO3a有可能是胃癌患者一個(gè)有價(jià)值的預(yù)后標(biāo)記物以及潛在分子治療靶點(diǎn)。研究發(fā)現(xiàn)[28]，發(fā)生在DNA、RNA和蛋白質(zhì)水平的FOXO3a丟失在絕大多數(shù)漿液性卵巢癌中經(jīng)常發(fā)生，并且是漿液性癌最早階段的一個(gè)標(biāo)志物，F(xiàn)OXO3a可以作為臨床干預(yù)的一個(gè)潛在靶點(diǎn)。此外，F(xiàn)OXO3a可作為肝癌預(yù)后判斷因子，F(xiàn)OXO3a低水平表達(dá)與肝癌患者化療耐藥以及不良預(yù)后有關(guān)[29]。因此，所有這些研究表明以FOXO3a為靶點(diǎn)的應(yīng)用將會不斷發(fā)展，未來FOXO3a的臨床應(yīng)用對于控制人類疾病發(fā)展來說具有潛在的希望。

4 展望

作為治療靶點(diǎn)的FOXO3a在腫瘤和其他類型疾病治療中已經(jīng)得到人們的關(guān)注。以增加或恢復(fù)FOXO3a活性的藥物治療可以成為與化療或放療結(jié)合的潛在治療策略。此外，為了提高治療效果，依賴FOXO3a的化療增敏方法目前也正在驗(yàn)證之中。顯然，F(xiàn)OXO3a作為一個(gè)有效靶點(diǎn)，需要更多研究來闡明其能夠阻止或限制疾病發(fā)展的機(jī)制及功能。